某煤礦礦區(qū)地下水水質(zhì)化驗(yàn)分析

摘 要：雖然近些年新型能源興起，但是煤礦業(yè)依然是國民經(jīng)濟(jì)發(fā)展的重要能源，因?yàn)槠鋬r(jià)格實(shí)惠存儲(chǔ)量又豐富。煤礦在開采時(shí)，特大安全事故的發(fā)生率較高，因此，煤礦開采始終貫徹安全第一的理念。煤礦在開采時(shí)發(fā)生水害是僅次于瓦斯爆炸的重大災(zāi)害之一。其發(fā)生因素是礦床充水條件不穩(wěn)定，在采礦過程中，礦坑會(huì)出現(xiàn)急劇的涌水量，從而造成煤礦災(zāi)害。文章重點(diǎn)研究了福建煤礦，其水文地質(zhì)條件特殊，是煤礦水災(zāi)的高發(fā)區(qū)。

關(guān)鍵詞：煤礦；礦區(qū)地下水；水質(zhì)化驗(yàn)分析

中圖分類號：P641.73 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號：1006-8937（2015）21-0179-02

福建多巖溶地貌，巖溶地貌主要是巖石溶蝕、崩塌沉淀形成的。目前，科學(xué)研究發(fā)現(xiàn)，巖溶地貌較豐富的地區(qū)，其地下水源越多，相應(yīng)的這個(gè)地區(qū)的水文地質(zhì)條件也會(huì)比較復(fù)雜。煤礦地下水質(zhì)化驗(yàn)分析主要是為了研究煤礦區(qū)域水文條件，從而更好的分析出礦床充水因素。只有有效的預(yù)防煤礦開采礦坑涌水量，才能避免煤礦水害帶來的危害。水質(zhì)化驗(yàn)分析可以促使煤礦開采安全，為其安全運(yùn)營提供有利的理論依據(jù)。本文綜合前人的研究成果，淺析福建煤礦地下實(shí)質(zhì)化驗(yàn)分析。

1 煤礦水害特點(diǎn)

1.1 地質(zhì)概況

本文以福建煤礦為例來說明煤礦水害特點(diǎn)，其處于我國東南沿海地區(qū)，煤層分布面積在7 000 km2左右。地質(zhì)結(jié)構(gòu)多為砂巖，煤層處于砂礫巖下，其地質(zhì)厚度大約為800 m。由于其地質(zhì)結(jié)構(gòu)特殊，煤層涵蓋分布就有一定的不均勻性。煤層夾雜砂巖與泥巖，其巖溶水水害發(fā)生的可能性較大。主要充水因素：自然降水、老窯積水、巖石涌水還有巖溶水。自然降水直接補(bǔ)給的是基巖風(fēng)化帶的潛水，通過不斷滲透雨水到達(dá)基巖承壓水。老窯水主要是巖石裂隙、巖溶水等由斷裂層或者煤礦通道進(jìn)入其內(nèi)的水，其誘發(fā)水害的可能性最大。隨著采礦業(yè)的不斷擴(kuò)展深入，巖石裂隙與巖溶水造成的水害事故也越來越多。由此可以發(fā)現(xiàn)，其地質(zhì)巖層裂隙帶的充水性較弱，巖石與煤層的斷裂處充水較強(qiáng)。礦區(qū)剖面圖，如圖1所示。

1.2 事故分析

1.2.1 老窯透水

老窯水害事故多發(fā)的因素有很多，比如，煤礦非法越界開采，在廢棄的老窯內(nèi)深度開采，造成水害事故。還有，有些煤礦的安全管理體系不健全，其安全管理責(zé)任落實(shí)不到位，預(yù)防事故發(fā)生的專職人員數(shù)目也不足，工人的安全意識(shí)不強(qiáng)。如果煤礦企業(yè)在超額開采，就可能造成水害。因?yàn)榈刭|(zhì)特殊和煤礦開采的特殊要求，煤礦在運(yùn)作時(shí)，需要投入大量的技術(shù)管理，并且要配備相應(yīng)的管理人員放水。同時(shí)，煤管部門可能對礦私拆密封等安全管理落實(shí)不到位，存在疏于管理現(xiàn)象，造成其管理監(jiān)督的作用發(fā)揮不到位，從而發(fā)生老窯透水事故。

1.2.2 熔巖突水

熔巖突水事故，主要是2011年龍巖市煤礦155區(qū)段在掘進(jìn)時(shí)，出現(xiàn)導(dǎo)水?dāng)鄬优c熔巖水突水狀況，其突水量達(dá)到1 000 m3/h，瞬間礦井被淹沒。其發(fā)生的主要原因，是對地質(zhì)條件認(rèn)定不明確，沒有及時(shí)使用透水設(shè)備。在斷層切割時(shí)，沒有科學(xué)的切割圖，致使巖層面與煤層面直接接觸。因?yàn)閹r層面與地表水等相通，其接觸會(huì)促使熔巖水豐富，等到達(dá)到一定程度，承壓水就會(huì)直接進(jìn)入煤礦井通道中，從而發(fā)生淹進(jìn)事故。目前，煤礦對于巖石承壓水研究的深度還不夠深入，是其事故發(fā)生的主要原因。煤礦要多培訓(xùn)工人探放水意識(shí)，從而保障工人有效的識(shí)別導(dǎo)水?dāng)鄬诱髡祝彩秦瀼孛旱V“先探后挖”的規(guī)則。

1.2.3 地表水饋入

2013年，福建蘇二煤礦出現(xiàn)地表水饋水事故，其影響嚴(yán)重，淹沒了采礦區(qū)變電所和中央泵房，直接損失200多萬元，所幸無人員傷亡。其潰水點(diǎn)在河床塌陷處，是經(jīng)過老窯滲漏到現(xiàn)采礦區(qū)的，其水涌點(diǎn)在廢舊港道。由此分析出，事故的主要原因是，水患排查不徹底，沒有將水害隱患分析透徹，所以未能及時(shí)發(fā)現(xiàn)河床塌陷，造成水害事故。

2 水質(zhì)化驗(yàn)方法

2.1 研究路線

檢測礦物離子，是地下水水質(zhì)研究的重要科學(xué)分析支撐。首先對巖石圈中，含量較豐富的元素離子分組研究。然后再研究試下水離子或者分子含量，并且以此統(tǒng)一分析。同時(shí)，地下水中的陽離子或者陰離子，其總濃度就是礦區(qū)地下水礦化程度。低礦化水的判別方式是：研究地下水含HCO3-、Ca2+、MG2+的含量，如果這些礦物質(zhì)元素濃量高，就是低礦化水。中礦化水就是研究水質(zhì)里是否含有較高的SO42-，高礦化水就是水質(zhì)中含有濃量的CL-。

2.2 地下水硬度與礦化度的公式計(jì)算法則

正常情況下，煤礦地下水水質(zhì)分析，是通過分析Ca2+、MG2+的含量總和確定水質(zhì)硬度的，所以其含量總和就是地下水硬度。但是在研究中，要根據(jù)其硬度關(guān)聯(lián)分析出水質(zhì)變硬的因素。在此福建礦區(qū)本次收集50個(gè)水樣，分析出當(dāng)MG2+的含量增加時(shí)，水的硬度與之成正比，也在不斷上升。并且計(jì)算出MG2+的含量為0.958，Ca2+的關(guān)聯(lián)硬度為r2=0.902，那么就能明確此礦區(qū)水硬度的主要原因是MG2+，此地區(qū)水質(zhì)化驗(yàn)離子系數(shù)見表1。

煤礦地下水的陽離子與陰離子計(jì)算總和，是其水質(zhì)鹽類總和。當(dāng)?shù)叵滤牡V化度出現(xiàn)變化時(shí)，其離子成分也會(huì)相對應(yīng)的變化。HCO3-、Ca2+、MG2礦物質(zhì)元素是水質(zhì)低礦化的主要依據(jù)，CL-的濃量是水質(zhì)高礦化的主要表現(xiàn)，這都是根據(jù)水質(zhì)鹽度的溶解度分析出的。因?yàn)樗|(zhì)鹽度的溶解程度不同，氯鹽、硫酸、碳酸的溶解反應(yīng)就不一樣。所以，分析地下水質(zhì)的HCO3-、Ca2+、MG2、SO42-，就能明確其水質(zhì)的礦化程度。同時(shí)，還可以判斷出礦化度的主要影響元素是SO42-。

3 煤礦區(qū)地下水化學(xué)特征與其系統(tǒng)組成

該礦區(qū)是福建礦區(qū)的主要組成部分，降水量高，氣候濕熱。經(jīng)調(diào)查研究，本礦的主要影響元素定位：HCO3-、Ca2+、MG2、SO42-、CL-、MG2+，由于其離子濃度比較低，所以其地下水歸類為低礦化水。文本根據(jù)此地質(zhì)含水特征，將其分為三個(gè)含水層面。

3.1 松散砂礫含水層

由于此礦區(qū)地質(zhì)問題，砂礫含水層的覆蓋性比較松散，其厚度在200～250 m之間。并且此地質(zhì)包括含水層與隔水層個(gè)三個(gè)，隔水層的厚度比較大，占據(jù)松散砂礫含水層的30%，其隔水能力良好，有效的將含水層與基巖水層隔開。煤礦礦井開采的水源，基本就是基巖裂隙不斷滲透到煤層的。此礦區(qū)，在這個(gè)層面地下水含有較濃的CL-，可以得出結(jié)論其水質(zhì)較硬，其原因是這段時(shí)間內(nèi)天然降水量不夠豐富，徑流水滲透就比較弱。

3.2 裂隙含水層

裂隙含水層在正常情況下，含水性都較弱，并且這個(gè)層面的地質(zhì)分割情況并不明顯。礦井水的直接來源，同樣是砂巖裂隙在開采中滲透水。在此層面HCO3-占有量比較高，水質(zhì)成分偏堿性。

3.3 石灰?guī)r裂隙含水層

石灰?guī)r裂隙是水害發(fā)生的直接層面，但是其層面正常沖水性較弱，只有導(dǎo)水層出現(xiàn)斷層的現(xiàn)象，才會(huì)直接造成礦坑充水。此層面的礦物離子較接近，所以要格外注意石灰?guī)r層透水。

4 結(jié) 語

研究礦區(qū)地下水水質(zhì)，能有效的預(yù)防煤礦水害。水害的防止與治理是煤礦發(fā)展重點(diǎn)突破問題，其研究層面還比較淺顯。所以水質(zhì)化驗(yàn)分析還需要不斷的深化與拓展，這一領(lǐng)域是煤礦可持續(xù)發(fā)展的重大課題。

參考文獻(xiàn)：

[1] 劉紅莉.某煤礦礦區(qū)地下水水質(zhì)化驗(yàn)分析研究[J].科技傳播，2011，（23）.

[2] 劉盛東，王勃，周冠群，等.基于地下水滲流中地電場響應(yīng)的礦井水害預(yù)警試驗(yàn)研究[J].巖石力學(xué)與工程學(xué)報(bào)，2009，（2）.

[3] 董書寧，虎維岳.中國煤礦水害基本特征及其主要影響因素[J].煤田地質(zhì)與勘探，2007，（5）.

[4] 白玉杰.煤礦水害原因分析及防治技術(shù)[J].煤炭技術(shù)，2009，（11）.